流化催化精餾方法及設備的製作方法

2023-06-01 06:08:36

專利名稱：流化催化精餾方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型催化精餾化工過程及設備，特別是催化精餾用於酯化反應的工藝及設備。
醋酸酯類產品是重要的基本有機化工原料，廣泛應用於各行業。目前國內生產醋酸酯類產品，如醋酸乙酯、醋酸丁酯、醋酸異戊酯等，基本上都是採用以醋酸及相應的醇為原料，濃硫酸作催化劑的傳統工藝。傳統生產工藝受到酯化反應平衡的限制，一般平衡轉化率較低，產品分離提純消耗的能量較高。由於濃硫酸的強氧化性，易發生副反應，同時對設備腐蝕嚴重，特別對反應器的加熱器。除醋酸乙酯外，其他醋酸酯基本上是間歇式操作。傳統工藝在生產時還產生大量含酸廢水，汙染環境。
因此，人們也尋找其他方法，以解決傳統工藝存在的問題。有的公開出版物介紹對傳統工藝的改進，例如，用固體超強酸代替濃硫酸催化劑，以避免濃硫酸催化劑帶來的缺點，中國專利也公開了一些固體酸催化反應生成酯的方法。改變合成酯所用的原料，如乙酸乙酯，以乙醛為原料在三乙酸鋁[Al2(OC2H5)3]催化劑存在下，乙醛經二聚合得到乙酸乙酯，而不是傳統工藝中所使用的原料醋酸和乙醇。
催化精餾技術是80年代發展起來的一種新型化工技術。它是將非均相催化反應與精餾過程有機結合在一起，在同一設備中同時完成。由於精餾過程的存在，能使反應產物及時分離出反應區域，強化了反應過程。對某些反應體系，如醚化、酯化等，幾乎不受原反應平衡的限制，可在較經濟的條件下實現反應過程。由於催化精餾工藝中要求使用固體酸催化劑，用於酯化反應體系時避免了濃硫酸作催化劑帶來的問題。近年來，國內外對催化精餾技術做了大量研究工作，大部分報導都是有關應用該技術生產甲基叔丁基醚(MTBE)方面，有關研究該技術用於酯化方面的研究少見報導。目前報導的催化精餾工藝中要求用網狀材料包裹固體酸催化劑加工成填料形式，固定在催化精餾塔中，這樣存在一些難以克服的缺點，如固體酸催化劑加工成型困難，粒度較細的固體酸催化劑不能使用，限制了很多催化性能較好的固體催化劑的應用，催化劑填料也很難做得規整統一，這種填料的分離性能較差，工程放大困難，催化劑的再生操作較為困難。
本發明的目的是提供一種能克服現有酯化反應技術不足之外的新型反應方法和設備，具有反應單程轉化率高，反應獲得的粗產品易於提純，生產能耗低，設備投資少，操作費用低，無含酸廢水排放，適應固體酸催化劑種類廣泛，催化劑再生操作容易的催化精餾生產酯類產品的方法和設備。
本發明的技術方案是這樣實現的本催化精餾方法是採用細粉狀固體催化劑在催化精餾塔內隨塔中的液相物料流動的催化精餾過程，既不使用濃硫酸催化劑，也不採用固體酸催化劑加工成填料形式固定在塔中。催化精餾塔可採用一般的填料塔或板式塔，在用於酯反應中，一般選用填料塔。具體的方法是將細粉狀固體酸催化劑與一種反應物按比例在加料槽中混合後，從催化精餾塔的上部加入，在塔中的液相中發生反應，催化劑隨塔中的液相流入塔釜，催化劑和未反應的反應物從塔釜引出經冷卻器冷卻後，由泵重新打入加料槽中循環使用。同時塔中存在精餾過程，將生成的產物分離進入汽相，從塔頂引出，經冷凝器冷凝後進入分相器分相排出水相，酯相作為粗產品送進一步提純獲得產品。通過控制工藝參數和操作參數，反應的單程轉化率比傳統工藝大大提高，也可以使酯相中含的反應物量很少，從而大大減輕了後續提純產品的分離負荷，簡化了生產流程，降低了能耗，減少了原材料和產品在生產過程中的損耗，減少了設備投資和操作費用，消除了生產過程產生含酸廢水，降低了生產成本。本方法和設備適用於醋酸和乙醇反應製取醋酸乙酯，也適用於醋酸和丁醇反應製取醋酸丁酯，或醋酸和異戊醇反應製取醋酸異戊酯，具體的工藝條件和操作參數由反應體系的性質確定。
本發明方法所採用的設備包括帶攪拌的加料槽，催化精餾塔、冷凝器、分相器、冷卻器、再沸器、循環泵等，所述的催化精餾塔為同徑塔或異徑塔，同徑塔的結構是填料段為直徑相同的直塔，異徑塔是填料段上大下小，這種結構的異徑塔能增加停留時間，保證反應較好進行。在催化精餾塔內裝有若干段填料層，塔的上、下部都有一個反應物進料口，塔頂以汽相形式引出全部反應生成的產物，經塔頂冷凝器冷凝後進入塔頂分相器，根據需要，將分相器中的有機相或水相部分回流回塔，回流從塔上部第一段填料層的下部進塔。塔底有再沸器，塔底物料經冷卻器冷後，用泵循環回到加料槽。
與已有技術相比，本發明具有突出的實質特點和顯著的進步是1、催化劑隨塔內液相物料流動，能與反應物充分接觸，傳質、傳熱、反應速度大大提高。
2、使用的固體酸催化劑為細粉狀，不用考慮催化劑的磨損問題，催化劑的再生和更換比較容易。
3、不要求將催化劑加工成填料形式，可選擇的固體酸催化劑種類大大增加。由於不要求固體酸催化劑加工成填料形式填入塔中，催化精餾塔中的填料可選擇高分離性能的定型填料，大大提高過程的分離效率，反應效果更好。
4、反應產物都是從塔頂以汽相形式引出，儘可能減少了中間產品的色度、機械雜質和可溶性鹽類雜質，產品易提純，產品質量好。
5、對於酯化反應，可使塔頂引出的中間產品只含少量的醇，不含酸，不用大量的水或鹼液洗滌中和中間產品，減少了原料和產品的損失，提高了原料的利用率和產品的收率，同時避免了產生大量廢水汙染環境。
6、縮短了生產流程，節約了設備投資、能耗和生產操作費用。
以下先結合附

圖1描述本發明的流化催化精餾設備及流化催化精餾用於酯化的工藝流程圖1是同徑塔的設備結構連接圖；圖2是異徑塔的設備結構連接圖。
從圖中看到，本發明的設備包括帶攪拌的加料槽1，催化精餾塔6，冷凝器4，冷卻器8，循環泵9。催化精餾塔內裝有若干段填料層，填料可採用目前定型的填料產品，塔的上下部各有一個進料口，為了保證過程的正常進行，在塔的上部第一段填料層下面有一回流口供塔頂冷凝液回流回塔。塔的下部為再沸器7，再沸器7出料口接冷卻器8，塔底物料經冷卻後，經過循環泵9打入帶攪拌的加料槽2。塔頂引出的汽相經冷凝器4冷凝後進入分相器5分相，有機相作為中間產品引出。
以生產醋酸乙酯為例，其工藝過程如下在加料槽1中加入95％的乙醇，脫水後的酯一部分加入加料槽3，加料槽2加入冰醋酸和一定比例的細粉狀固體強酸型離子交換樹酯，攪拌。按一定的酸醇比例，乙醇從催化精餾塔的下部進料口加入塔6中，固體催化劑隨醋酸從塔的上部進料口加入塔6中，在塔6中同時發生非均相催化反應和精餾過程，反應生成的產物從塔頂以汽相引出，經冷凝器4冷凝後進入分相器5分出大部分反應生成的水，酯相送去脫水，脫水後的酯一部分精製成產品，一部分加入加料槽3並從塔6的第一段填料層的下部回流口回流回塔中帶水。塔釜7物料為未反應的醋酸和細粉催化劑混合物，經冷卻器8冷卻後，通過循環泵9打入加料槽2循環使用。
以生產醋酸丁酯為例，其工藝過程如下在加料槽1中加入丁醇，從分相器中分出的一部分水相加入加料槽3，加料槽2加入冰醋酸和一定比例的細粉狀固體強酸型離子交換樹酯，攪拌。按一定的酸醇比例，丁醇從催化精餾塔的下部進料口加入塔6中，固體催化劑隨醋酸從塔的上部進料口加入塔6中，在塔6中同時發生非均相催化反應和精餾過程，反應生成的產物從塔頂以汽相引出，經冷凝器4冷凝後進入分相器5分相，酯相直接送去精製成產品，一部分水相加入加料槽3並從塔6的第一段填料層的下部回流口回流回塔中帶酯。塔釜7物料為未反應的醋酸和細粉催化劑混合物，經冷卻器8冷卻後，通過循環泵9打入加料槽2循環使用。
權利要求
1.一種流化催化精餾方法，其特徵是採用細粉狀固體催化劑在催化精餾塔內隨液相流動的催化精餾過程。
2.根據權利要求1所述的流化催化精餾方法，其特徵是所述的細粉狀固體催化劑在催化精餾塔內隨液相流動的催化精餾過程是將細粉狀的固體催化劑與反應物按比例在帶攪拌的加料槽中混合後，從催化精餾塔的上部加入塔中，在塔中同時進行非均相催化反應和精餾分離過程，生成的產物全部從塔頂以汽相形式引出，固體催化劑和未反應的反應物從塔底流出經冷卻器由泵重新打入加料槽中循環使用。
3.根據權利要求1所述的流化催化精餾方法，其特徵是催化精餾塔頂導出的汽相混合物先進入冷凝器全部冷凝成液相，然後進入分相器，使反應生成的水與產物分離，分離後的產物或水相從催化精餾塔第一段填料層下部返回一部分回塔中帶出反應產物。
4.一種權利要求1所述的流化催化精餾方法的應用，其特徵是在醋酸和乙醇反應製取醋酸乙酯或者醋酸和丁醇反應製取醋酸丁酯、醋酸和異戊醇反應製取醋酸異戊酯方面的應用。
5.一種權利要求1所述的流化催化精餾方法採用的設備，它包括帶攪拌的加料槽、催化精餾塔、冷凝器、冷卻器、循環泵。其特徵是所述的催化精餾塔(6)內部裝有若干段定型填料，塔頂出口先接冷凝器(4)後再接分相器(5)，催化精餾塔(6)中第一段填料層下部有一進料口供分相後的酯相或水相回流進塔，塔(6)的最下部為再沸器(7)，底部有出口管先經冷卻器(8)，再接循環泵(9)後回到加料槽(2)。
6.根據權利要求4所述的流化催化精餾方法採用的設備，其特徵是催化精餾塔(6)上部為同徑塔或者異徑塔。
全文摘要
本發明提供了一種催化精餾的新方法及設備,它是將細粉狀的固體催化劑與反應物按比例混合後,隨一種反應物從催化精餾塔的上部加入,另一反應物從塔的下部加入,催化劑隨塔中液相在塔中流動,同時發生非均相催化反應和精餾分離過程,生成的產物全部以汽相形式從塔頂引出經冷凝器全部冷凝成液相,進入分相器中分相,分相後的酯相或水相一部分從塔的第一段填料層下部回流回塔中帶出反應生成的水或酯,固體催化劑和未反應的反應物從塔底流出經冷卻器冷卻後由泵打入加料槽中循環使用,本方法適合生產多種酯類產品,如醋酸乙酯,醋酸丁酯,醋酸異戊酯等,也可適合所有能用催化精餾方法生產的產品的生產,流化催化精餾方法反應速度快,適用的固體酸催化劑種類廣,適用的反應體系多,產品的質量好,能耗低,無廢水排放,對設備的腐蝕小,催化劑再生更換容易。
文檔編號B01J8/12GK1321541SQ0110662
公開日2001年11月14日 申請日期2001年4月10日 優先權日2001年4月10日
發明者廖安平, 藍平, 李媚, 謝濤, 藍麗紅 申請人:廣西民族學院